JP6750386B2

JP6750386B2 - 回転電機の故障検出装置

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Publication number: JP6750386B2
Application number: JP2016158556A
Authority: JP
Inventors: 康宏不破; 永田　孝一; 孝一永田; 俊和地高
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-08-12
Filing date: 2016-08-12
Publication date: 2020-09-02
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Description

本発明は、回転電機の故障を検出する故障検出装置に関する。

従来、交流モータの出力トルクがトルク指令値よりも小さい場合に、矩形波電圧の電圧位相を予め定められた上限位相以下の範囲で増加させ、電圧位相が上限位相に所定時間継続して一致した場合に、インバータが異常であると検出するものがある（特許文献１参照）。特許文献１に記載のものでは、上限位相を一定値に予め定めている。これは、交流モータにおいて出力トルクが最大となる電圧位相は、一定値となるためである。

特開２０１０−１１９２６８号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものでは、電圧位相が上限位相に一致し、且つその状態が所定時間継続しなければ、インバータが異常であると検出することができない。このため、インバータの異常を早期に検出することができず、未だ改善の余地を残すものとなっている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、回転電機の故障を早期且つ正確に検出することのできる回転電機の故障検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用した。

第１の手段は、
エンジン（２０）と、
前記エンジンと動力伝達可能に連結された三相回転電機（３０、１３０）と、
直流電源（４０）と、
前記三相回転電機と前記直流電源との間で電力変換するインバータ（５０）と、
前記エンジンの運転状態に基づいて、前記電力変換時に前記インバータの各相をオン・オフする位相を制御する位相制御部（６０）と、
を備えているシステム（１０、１１０）に適用される三相回転電機の故障検出装置（７０）であって、
前記三相回転電機の正常時において、前記電力変換時に前記エンジンの運転状態に基づいて制御される前記位相を記憶している記憶部（７１）と、
前記位相制御部により制御されている前記電力変換時の前記位相と、前記記憶部に記憶されている対応する前記電力変換時の前記位相との乖離量に基づいて、前記三相回転電機の故障を判定する故障判定部（７２）と、
を備えていることを特徴とする。

上記構成によれば、エンジンと三相回転電機とが動力伝達可能に連結されている。このため、例えば、エンジンの駆動力により三相回転電機に発電をさせたり、三相回転電機の駆動力によりエンジンの駆動力をアシストさせたりすることができる。インバータにより、三相回転電機と直流電源との間で電力変換される。位相制御部により、エンジンの運転状態に基づいて、電力変換時にインバータの各相をオンにする位相が制御される。

ここで、三相回転電機が故障している場合は、電力変換時に制御される位相が、正常時の位相から乖離する。このため、位相制御部により制御されている電力変換時の位相と、記憶部に記憶されている正常時における対応する電力変換時の位相との乖離量に基づいて、三相回転電機の故障を判定することができる。さらに、記憶部には、三相回転電機の正常時において、電力変換時にエンジンの運転状態に基づいて制御される位相が記憶されている。このため、エンジンの運転状態を反映して三相回転電機の故障を判定することができ、三相回転電機の故障を早期且つ正確に検出することができる。

なお、インバータの各相をオン・オフする位相は、位相を補正する補正量（制御量）を含む。三相回転電機は、発電及び駆動の少なくとも一方を行うものであればよい。

第１実施形態のシステムの概略を示すブロック図。進遅角制御の手順を示すフローチャート。正常時のエンジン回転速度と電気負荷と電圧位相制御量との関係を示すマップ。第１実施形態の故障検出の手順を示すフローチャート。故障検出の一例を示すタイムチャート。故障検出の変更例の手順を示すフローチャート。故障検出の他の例を示すタイムチャート。第２実施形態のシステムの概略を示すブロック図。正常時参照データ決定の手順を示すフローチャート。第１組の三相巻線接続時における正常時のエンジン回転速度と電気負荷と電圧位相制御量との関係を示すマップ。第２組の三相巻線接続時における正常時のエンジン回転速度と電気負荷と電圧位相制御量との関係を示すマップ。進遅角制御の変更例の手順を示すフローチャート。

（第１実施形態）
以下、自動二輪車（車両）に搭載されたシステムとして具現化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、システム１０は、エンジン２０、ＭＧ（Motor Generator）３０、直流電源４０、インバータ５０、電圧位相制御量演算部６０、故障検出装置７０、複数の補機８０等を備えている。

エンジン２０は、燃料を燃焼させることにより動力を発生する。エンジン２０として、ガソリンエンジンや、ディーゼルエンジン、及びその他のエンジンを採用することができる。

ＭＧ３０（三相回転電機に相当）は、スタータ機能付き発電機である。ＭＧ３０は、三相交流モータ及び三相交流発電機の機能を備えている。ＭＧ３０は、ステータ巻線として、Ｕ相巻線３１、Ｖ相巻線３２、Ｗ相巻線３３を備えている。Ｕ相巻線３１，Ｖ相巻線３２，Ｗ相巻線３３の一端が中性点に共通接続されている。ＭＧ３０の回転子は、磁石を備えており、エンジン２０のクランクシャフトに直接連結されている。すなわち、エンジン２０とＭＧ３０とは、動力伝達可能に連結されている。ＭＧ３０には、回転子の角度位置を検出する角度位置センサ３６が取り付けられている。

直流電源４０は、Ｐｂバッテリ、Ｌｉイオンバッテリ、ＮｉＨバッテリ等からなる二次電池やキャパシタ等である。直流電源４０の電圧Ｖｄｃは、電圧センサ（図示略）により検出される。ＭＧ３０の発電時には、電圧センサはＭＧ３０の発電電圧を検出する。

ＭＧ３０と直流電源４０との間には、インバータ５０が接続されている。インバータ５０は、Ｕ相アーム、Ｖ相アーム、Ｗ相アームを含む周知の三相インバータである。各相アームは、直流電源４０の正極と負極との間に直列接続された２つのスイッチング素子を含んでいる。スイッチング素子に対して、逆並列にダイオードがそれぞれ接続されている。スイッチング素子のオン・オフは、電圧位相制御量演算部６０から求まる電圧位相制御量に基づき演算される印加電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ（印加電圧指令値）によって制御される。各相アームの中間点は、ＭＧ３０の各相の巻線３１，３２，３３の各相端に接続されている。

直流電源４０及びインバータ５０には、複数の補機８０が接続されている。補機８０は、車両のヘッドライト、ヘッドライトのハイビームとロービームとを切り替えるディマースイッチ、ウインカー、ブレーキランプ、ホーン（警笛機）等を含んでいる。

電圧位相制御量演算部６０及び故障検出装置７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を備えるＥＣＵにより構成されている。ＥＣＵとして、ＭＧ３０を制御するＭＧＥＣＵ、エンジン２０を制御するエンジンＥＣＵ、ＭＧＥＣＵ及びエンジンＥＣＵを制御する上位のハイブリッドＥＣＵ等を採用することができる。

電圧位相制御量演算部６０には、ＭＧ３０の回転子の角度位置θを微分した角速度ω、すなわちＭＧ３０の回転子に直接連結されたクランクシャフトの回転速度ＮＥが入力される。電圧位相制御量演算部６０には、電圧センサにより検出された電圧Ｖｄｃが入力される。

電圧位相制御量演算部６０（位相制御部に相当）は、図２のフローチャートに示す手順により、電圧位相制御量を演算する。この一連の処理は、電圧位相制御量演算部６０によって、所定の周期で繰り返し実行される。ここでは、ＭＧ３０が発電を実行する場合を例に説明する。ＭＧ３０が発電を実行する場合は、インバータ５０の各相を回転子の回転角度（電気角度）で１８０°の期間オンにし、１８０°の期間オフにすることを繰り返す。

まず、電圧位相制御量に初期値を設定する（Ｓ１１）。電圧位相制御量は、磁極位置センサ信号に対する印加電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの進遅角量である。初期値は、ＭＧ３０の正常時におけるエンジン２０のアイドリング時の電圧位相制御量である。

続いて、目標発電電圧が現在の発電電圧よりも高いか否か判定する（Ｓ１２）。目標発電電圧は、１つ以上の補機８０の動作状態、すなわち補機８０の電気負荷に基づいて設定される。例えば、動作している補機８０の数が多いほど、電気負荷が大きくなり、目標発電電圧が高く設定される。発電電圧は、上述した電圧センサにより検出される。

目標発電電圧が現在の発電電圧よりも高いと判定した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、遅角加算量を演算する（Ｓ１３）。遅角加算量は、磁極位置センサ信号に対し印加電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの位相を遅角させる量である。スイッチングを遅角させることにより、発電量を増加させることができる。また、目標発電電圧と現在の発電電圧との差ΔＶ（差ΔＶ＝目標発電電圧−現在の発電電圧）と、遅角加算量との関係が、予めテーブルに設定されている。このテーブルを参照して、差ΔＶに基づいて遅角加算量を演算する。このテーブルは、エンジン２０の回転速度ＮＥに応じて設定されていてもよい。

続いて、Ｓ１１で設定した電圧位相制御量に遅角加算量を加算して、電圧位相制御量を演算する（Ｓ１４）。そして、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

一方、目標発電電圧が現在の発電電圧よりも高くないと判定した場合（Ｓ１２：ＮＯ）、進角加算量を演算する（Ｓ１５）。進角加算量は、磁極位置センサ信号に対し印加電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの位相を進角させる量である。スイッチングを進角させることにより、発電量を減少させることができる。また、目標発電電圧と現在の発電電圧との差ΔＶと、進角加算量との関係が、予めテーブルに設定されている。このテーブルを参照して、差ΔＶに基づいて進角加算量を演算する。このテーブルは、エンジン２０の回転速度ＮＥに応じて設定されていてもよい。

続いて、Ｓ１１で設定した電圧位相制御量から進角加算量を減算して、電圧位相制御量を演算する（Ｓ１６）。そして、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。故障検出装置７０は、記憶部７１と故障判定部７２とを備えている。

記憶部７１は、不揮発性のメモリであり、ＲＯＭ、書き換え可能な不揮発性メモリ、バックアップＲＡＭ等により構成されている。記憶部７１は、ＭＧ３０の正常時において、インバータ５０による電力変換時にエンジン２０の運転状態に基づいて制御される電圧位相を記憶している。詳しくは、図３に示すように、ＭＧ３０の正常時において予め試験等により、電気負荷の大きさとエンジン２０の回転速度ＮＥとインバータ５０の電圧位相との関係が測定されて記憶されている。すなわち、エンジン運転状態は、補機８０の電気負荷と、エンジン２０の回転速度ＮＥとを含んでいる。また、記憶部７１は、後述する電圧位相制御量の乖離量、及び／もしくは、電圧位相制御量の乖離量の変化速度に対する異常判定閾値を記憶している。

ここでは、ＭＧ３０が発電を実行する場合を例に示している。電気負荷が大きいほど、エンジン２０の回転速度ＮＥが低いほど、インバータ５０の電圧位相制御量は遅角している。電圧位相制御量（電圧位相）は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の少なくとも１つについて記憶されていればよい。

故障判定部７２は、図４のフローチャートに示す手順により、ＭＧ３０の故障を検出する。ここでは、ＭＧ３０が発電を実行する場合を例に説明する。この一連の処理は、ＭＧ３０による発電時に、故障判定部７２によって所定の周期で繰り返し実行される。

まず、現在の電圧位相制御量と正常時の対応する電圧位相制御量との乖離量を演算する（Ｓ２１）。正常時の電圧位相制御量は、記憶部７１に記憶されている図３のマップにおいて、エンジン２０の現在の運転状態に対応する電圧位相制御量を読み出すことで取得する。現在の電圧位相制御量は、電圧位相制御量演算部６０がエンジン２０の現在の運転状態においてインバータ５０の制御に用いている電圧位相制御量を、電圧位相制御量演算部６０から入力することで取得する。そして、現在の電圧位相制御量から正常時の電圧位相制御量を減算することで、乖離量を演算する（乖離量＝現在の電圧位相制御量−正常時の電圧位相制御量）。

続いて、Ｓ２１で演算した乖離量が異常判定閾値よりも大きいか否か判定する（Ｓ２２）。異常判定閾値（所定量に相当）は、ＭＧ３０の正常時には生じ得ない所定の乖離量に設定されている。この判定において、乖離量が異常判定閾値よりも大きいと判定した場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、ＭＧ３０が異常であると確定する（Ｓ２３）。すなわち、ＭＧ３０が故障していると判定する。具体的には、異常判定フラグをオンに設定する。ＭＧ３０の故障としては、巻線３１〜３３のいずれかの断線、短絡等が考えられる。そして、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

一方、Ｓ２２の判定において、乖離量が異常判定閾値よりも大きくないと判定した場合（Ｓ２２：ＮＯ）、ＭＧ３０が異常であると確定することは行わない（Ｓ２４）。具体的には、異常判定フラグをオフに設定する。この場合に、乖離量の大きさに応じて、ＭＧ３０が異常の可能性ありと判定したり、ＭＧ３０が異常であると仮判定したりしてもよい。そして、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

図５は、本実施形態の故障検出の一例を示すタイムチャートである。

時刻ｔ１よりも前では、補機８０の電気負荷に基づいて電圧位相制御量が演算され、電圧位相制御量の実際の制御量と正常時データとが一致している。このため、実際の電圧位相制御量と正常時の電圧位相制御量との乖離量は略０になる。そして、異常判定フラグはオフに設定される。

時刻ｔ１において、例えばＭＧ３０のＵ相巻線に断線が生じると、現在の発電電圧が目標発電電圧よりも低くなり、遅角加算量が増加される。そして、電圧位相制御量の初期値に遅角加算量が加算されて、電圧位相制御量が増加する。その結果、実際の電圧位相制御量と正常時の電圧位相制御量との乖離量が増加する。

時刻ｔ２において、実際の電圧位相制御量と正常時の電圧位相制御量との乖離量が異常判定閾値よりも大きくなると、ＭＧ３０が異常であると確定される。そして、異常判定フラグがオンに設定される。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・ＭＧ３０が故障している場合は、インバータ５０による電力変換時に制御される位相が、正常時の位相から乖離する。このため、電圧位相制御量演算部６０により制御されている電力変換時の位相と、記憶部７１に記憶されている正常時における対応する電力変換時の位相との乖離量に基づいて、ＭＧ３０の故障を判定することができる。さらに、記憶部７１には、ＭＧ３０の正常時において、電力変換時にエンジン２０の運転状態に基づいて制御される位相が記憶されている。このため、エンジン２０の運転状態を反映してＭＧ３０の故障を判定することができ、ＭＧ３０の故障を早期且つ正確に検出することができる。

・故障判定部７２により、制御されている位相と正常時における位相との乖離量が異常判定閾値よりも大きい場合に、ＭＧ３０が故障していると判定される。このため、ＭＧ３０の故障を、簡易に検出することができる。

・ＭＧ３０により発電される発電電圧は、エンジン２０の回転速度ＮＥに応じて変化する。このため、電力変換時にインバータ５０の各相をオンにする位相も、エンジン２０の回転速度ＮＥに応じて変化する。この点、記憶部７１には、ＭＧ３０の正常時において電力変換時に制御される位相が、エンジン２０の回転速度ＮＥに応じて記憶されている。したがって、エンジン２０の回転速度ＮＥを反映して、ＭＧ３０の故障を正確に判定することができる。

・ＭＧ３０が発電する際の目標発電電圧は、補機８０の電気負荷に応じて変化する。このため、電力変換時にインバータ５０の各相をオンにする位相も、複数の補機８０の電気負荷に応じて変化する。この点、記憶部７１には、ＭＧ３０の正常時において電力変換時に制御される位相が、補機８０の電気負荷に応じて記憶されている。したがって、補機８０の電気負荷を反映して、ＭＧ３０の故障を正確に判定することができる。

なお、第１実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

・故障判定部７２は、制御されている位相と正常時における位相との乖離量の変化速度が異常判定閾値よりも高い場合に、ＭＧ３０が故障していると判定することもできる。

図６は、こうした故障検出の手順を示すフローチャートである。ここでは、Ｓ３１において、図４のＳ２１と同様に演算した乖離量の変化速度を演算する。乖離量の変化速度は、今回演算した乖離量から前回演算した乖離量を減算することで演算する。続いて、Ｓ３１で演算した乖離量の変化速度が異常判定閾値よりも大きいか否か判定する（Ｓ３２）。乖離量の変化速度に関する異常判定閾値（所定変化速度に相当）は、ＭＧ３０の正常時には生じ得ない所定の変化速度に設定されている。Ｓ３３及びＳ３４の処理は、それぞれ図４のＳ２３及びＳ２４の処理と同一である。

図７は、上記故障検出の一例を示すタイムチャートである。時刻ｔ１までの動作は、図５と同一である。そして、図５の時刻ｔ２よりも前の時刻ｔ３において、乖離量の変化速度が異常判定閾値よりも高くなると、ＭＧ３０が異常であると確定される。そして、異常判定フラグがオンに設定される。上記構成によれば、乖離量が急激に大きくなる場合に、ＭＧ３０の故障を早期に検出することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。第１実施形態と同一の部材については、第１実施形態と同一の符号を付すことにより説明を省略する。

図８は、本実施形態のシステム１１０の概略を示すブロック図である。

ＭＧ１３０は、巻線３１Ａ，３２Ａ，３３Ａの第１組と、巻線３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂの第２組とを備えている。巻線３１Ａ，３２Ａ，３３Ａの巻数は、巻線３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂの巻数よりも多くなっている。そして、ＭＧ１３０は、インバータ５０に接続する三相巻線の組を第１組と第２組とで切替可能になっている。具体的には、ＭＧ１３０は、巻線３１Ａと巻線３１Ｂとを切り替える切替部３７、巻線３２Ａと巻線３２Ｂとを切り替える切替部３８、及び巻線３３Ａと巻線３３Ｂとを切り替える切替部３９を備えている。切替部３７，３８，３９の動作は、巻線切替制御部６５により制御される。

巻線切替制御部６５は、電圧位相制御量演算部６０及び故障検出装置７０と同様に、ＭＧ３０を制御するＭＧＥＣＵ、エンジン２０を制御するエンジンＥＣＵ、ＭＧＥＣＵ及びエンジンＥＣＵを制御する上位のハイブリッドＥＣＵ等により構成されている。巻線切替制御部６５は、エンジン２０の回転速度ＮＥが所定回転速度よりも低い場合に、インバータ５０に接続する巻線を切替部３７，３８，３９によりそれぞれ巻線３１Ａ，３２Ａ，３３Ａに切り替えさせる。巻線切替制御部６５は、エンジン２０の回転速度ＮＥが所定回転速度よりも高い場合に、インバータ５０に接続する巻線を切替部３７，３８，３９によりそれぞれ巻線３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂに切り替えさせる。

記憶部７１は、ＭＧ１３０の正常時において、インバータ５０による電力変換時にエンジン２０の運転状態に基づいて制御される電圧位相を、三相巻線の組毎に記憶している。詳しくは、図１０に示すように、ＭＧ３０の正常時において予め試験等により、インバータ５０に巻線３１Ａ，３２Ａ，３３Ａが接続された状態で、電気負荷の大きさとエンジン２０の回転速度ＮＥとインバータ５０の電圧位相との関係が測定されて記憶されている。また、図１１に示すように、ＭＧ３０の正常時において予め試験等により、インバータ５０に巻線３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂが接続された状態で、電気負荷の大きさとエンジン２０の回転速度ＮＥとインバータ５０の電圧位相との関係が測定されて記憶されている。すなわち、エンジン運転状態は、補機８０の電気負荷と、エンジン２０の回転速度ＮＥとを含んでいる。

本実施形態では、故障判定部７２は、図４，６に示す故障検出を実行する際に、インバータ５０に接続されている三相巻線の組における正常時の電圧位相制御量のデータを参照する。図９は、正常時参照データ決定の手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、故障判定部７２により、所定の周期で繰り返し実行される。

まず、三相巻線の組を切り替える前であるか否か判定する（Ｓ４１）。詳しくは、巻線切替制御部６５により、三相巻線の組が巻線３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂに切り替えられていないか否か判定する。この判定において、三相巻線の組を切り替える前であると判定した場合（Ｓ４１：ＹＥＳ）、三相巻線の組を切り替える前の正常時の電圧位相制御量を参照データに決定する（Ｓ４２）。すなわち、図１０に示すインバータ５０に巻線３１Ａ，３２Ａ，３３Ａが接続された状態での電気負荷の大きさとエンジン２０の回転速度ＮＥとインバータ５０の電圧位相との関係を、参照データに決定する。その後、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

一方、Ｓ４１の判定において、三相巻線の組を切り替える前でないと判定した場合（Ｓ４１：ＮＯ）、三相巻線の組を切り替えた後の正常時の電圧位相制御量を参照データに決定する（Ｓ４３）。すなわち、図１１に示すインバータ５０に巻線３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂが接続された状態での電気負荷の大きさとエンジン２０の回転速度ＮＥとインバータ５０の電圧位相との関係を、参照データに決定する。その後、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

本実施形態によれば、巻線３１Ａ，３２Ａ，３３Ａの第１組と、巻線３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂの第２組とを備え、インバータ５０に接続する三相巻線の組を切替部３７，３８，３９により切替可能である。記憶部７１には、ＭＧ１３０の正常時において、電力変換時にエンジン２０の運転状態に基づいて制御される位相が三相巻線の組毎に記憶されている。そして、インバータ５０に接続されている組において、電圧位相制御量演算部６０により制御されている電力変換時の位相と、記憶部７１に記憶されている対応する電力変換時の位相との乖離量に基づいて、ＭＧ１３０の故障が判定される。したがって、ＭＧ１３０が備えている三相巻線の各組について、故障を早期且つ正確に検出することができる。

なお、第１及び第２実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。

・エンジン２０の回転速度ＮＥを、エンジン２０のクランク角を検出するクランク角センサの検出値に基づいて演算することもできる。また、エンジン２０の運転状態として、エンジン２０の回転速度ＮＥに代えて、回転速度ＮＥに演算処理を行った値や、エンジン２０が備えるカムシャフトの回転速度を用いることもできる。

・図４のＳ２２又は図６のＳ３２の判定が肯定された時点からカウンタを加算して、カウント値が所定カウント値を超えたことを条件として、ＭＧ３０が異常であると確定してもよい。すなわち、図４のＳ２２又は図６のＳ３２の判定が所定時間肯定されたことを条件として、ＭＧ３０が異常であると確定してもよい。第２実施形態では、図４，６に示す故障検出を実行する際に、参照する正常時の電圧位相制御量のデータが、インバータ５０に接続されている三相巻線の組に応じて切り替えられる。そこで、三相巻線の組毎にカウンタを設定するとよい。こうした構成によれば、カウンタによるカウント中に、インバータ５０に接続されている三相巻線の組が切り替えられたとしても、切り替え前のカウンタにおいてカウント値を保持することができる。そして、各組のカウンタによるカウント値に基づいて、各組の三相巻線の断線等を検出することができる。

・ＭＧ３０が直流電源４０から供給される電力によりエンジン２０の駆動力をアシストする場合、すなわちＭＧ３０が駆動（力行）を実行する場合に、ＭＧ３０の故障を検出することもできる。この場合、図２の進遅角制御に代えて、目標駆動トルクに基づく電圧位相制御量の進遅角制御を実行する。詳しくは、ＭＧ３０が駆動を実行する場合も、インバータ５０の各相を回転子の回転角度（電気角度）で１８０°の期間オンにし、１８０°の期間オフにすることを繰り返す（矩形波電圧制御）。また１８０°の間でオンオフを繰り返す、正弦波駆動制御、過変調駆動制御や、オン期間が１２０°となる１２０度通電制御を用いてもよい。そして、目標駆動トルクが現在のＭＧ３０の駆動トルクよりも大きい場合に電圧位相制御量を進角させ、目標駆動トルクが現在のＭＧ３０の駆動トルクよりも小さい場合に電圧位相制御量を遅角させる。さらに、図３の電気負荷を電源電圧に、遅角量を進角量に代えた関係を予め測定しておき、図４及び図６の少なくとも一方の故障検出を実行すればよい。

モータのトルクＴはＴ＝ｐ・Φ・ｉｑで求めることができる。ｐは磁極対数、Φは誘起電圧定数、ｉｑはｑ軸電流である。ｐ、Φは固定となるため、トルクはｉｑを用いて簡易的に求めることができる。ｉｑは、電圧位相制御量、電源電圧、モータ回転速度に基づき予め設定されたマップを参照することで求めることができる。

図１２のフローチャートを用いて動作を具体的に説明する。まず電圧位相制御量に初期値を設定する（Ｓ５１）。初期値としては、ＭＧ３０の正常時におけるエンジン２０のアイドリング時の電圧位相制御量を設定する。

続いて、目標トルクが現在トルクよりも高いか否かを判定する（Ｓ５２）。目標トルクが現在のトルクよりも高いと判定した場合（Ｓ５２：ＹＥＳ）、進角加算量を演算する（Ｓ５３）。進角加算量は、磁極位置センサ信号に対し印加電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの位相を進角させる量である。目標トルクと現在トルクとの差ΔＴ（差Δ＝目標トルク−現在トルク）と、進角加算量との関係が、予めテーブルに設定されている。このテーブルを参照して、差ΔＴに基づいて進角加算量を演算する。このテーブルは、エンジン２０の回転速度ＮＥに応じて設定されていてもよい。

続いて、電圧位相制御量に進角加算量を加算して、電圧位相制御量を演算する（Ｓ５４）。そして、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

一方、目標トルクが現在トルクよりも高くないと判定した場合（Ｓ５２：ＮＯ）、遅角加算量を演算する（Ｓ５５）。遅角加算量は、磁極位置センサ信号に対し印加電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗの位相を遅角させる量である。目標トルクと現在トルクとの差ΔＴと、遅角加算量との関係が、予めテーブルに設定されている。このテーブルを参照して、差ΔＴに基づいて遅角加算量を演算する。このテーブルは、エンジン２０の回転速度ＮＥに応じて設定されてもよい。

続いて、電圧位相制御量から遅角加算量を減算して、電圧位相制御量を演算する（Ｓ５６）。そして、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

ＭＧ３０が力行する場合、電源電圧が低いほど、エンジン２０の回転速度が高いほど、インバータ５０の電圧位相制御量は進角する。

そして発電制御同様、図４または図６のフローチャートに示す手順により、ＭＧ３０の故障を検出する。

例えば、ＭＧ３０のＵ相巻線に断線が生じると、現在トルクが目標トルクよりも低くなり、進角加算量が増加される。そして、電圧位相制御量の初期値に進角加算量が加算され、電圧位相制御量が増加する。その結果、実際の電圧位相制御量と正常時の電圧位相制御量との乖離量が増加する。実際の電圧位相制御量と正常時の電圧位相制御量との乖離量が異常判定閾値よりも大きくなると、ＭＧ３０が異常であると確定される。そして異常判定フラグがオンになる。

・三相回転電機による発電の実行時に三相回転電機の故障を検出する場合は、三相回転電機としてＭＧ、オルタネータを採用することができる。三相回転電機による駆動の実行時に三相回転電機の故障を検出する場合は、三相回転電機としてＭＧ、モータを採用することができる。

以上、本発明のそれぞれの実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することができる。

例えば、変形例１として、現在の電圧位相制御量と正常時の対応する電圧位相制御量との乖離量が異常判定閾値よりも大きくなった際、仮判定として一旦保留し、現在制御されている位相と正常時における位相との乖離量の変化速度が異常判定閾値よりも高くなった際に本判定として異常と判定することもできる。

このとき、記憶部７１には正常時においてインバータによる電力変換時にエンジン２０の運転状態に基づいて制御される電圧位相と、その電圧位相の変化速度を記憶している。

この記憶部７１に記憶されている電圧位相、及び電圧位相の変化速度に基づいて、閾値が決定され、図４、及び図６に示されるようなフローチャートにしたがって各判定は行われる。

また、変形例２として、上記変形例１の仮判定と本判定の順序を逆にすることもできる。すなわち、乖離量の変化速度が異常判定閾値よりも高くなった際に、仮判定として一旦保留し、さらに現在の電圧位相制御量と正常時の対応する電圧位相制御量との乖離量が異常判定閾値よりも大きくなった際に本判定として異常と判定することができる。

変形例２によれば、乖離量の変化速度が大きくなり、瞬間的に乖離量の変化速度が異常判定閾値を超えたとしても、すぐに異常であると判定せず、現在の電圧位相制御量と正常時の対応する電圧位相制御量との乖離量が異常判定閾値よりも大きくなった際に本判定として異常を判定するので、より精度の高い異常判定を行うことができる。

これにより、搭乗者へ意図しない異常を伝達することを抑制することができ、回転電機の故障を正確に判定することが可能となる。

１０…システム、２０…エンジン、３０…ＭＧ、４０…直流電源、５０…インバータ、６０…電圧位相制御量演算部、７０…故障検出装置、７１…記憶部、７２…故障判定部、１１０…システム。

Claims

エンジン（２０）と、
前記エンジンと動力伝達可能に連結された三相回転電機（３０、１３０）と、
直流電源（４０）と、
前記三相回転電機と前記直流電源との間で電力変換するインバータ（５０）と、
前記エンジンの運転状態に基づいて、前記電力変換時に前記インバータの各相をオン・オフする位相を制御する位相制御部（６０）と、
を備えているシステム（１０、１１０）に適用される三相回転電機の故障検出装置（７０）であって、
前記三相回転電機の正常時において、前記電力変換時に前記エンジンの運転状態に基づいて制御される前記位相を記憶している記憶部（７１）と、
前記位相制御部により制御されている前記電力変換時の前記位相と、前記記憶部に記憶されている対応する前記電力変換時の前記位相との乖離量に基づいて、前記三相回転電機の故障を判定する故障判定部（７２）と、
を備え、
前記位相は、前記インバータの各相への印加電圧の位相であり、
前記記憶部は、前記エンジンの運転状態と、前記三相回転電機の正常時における前記印加電圧の位相と、を対応付けて記憶しており、
前記エンジンの運転状態は、前記エンジンの回転速度を含んでいることを特徴とする回転電機の故障検出装置。
前記故障判定部は、前記乖離量が所定量よりも大きい場合に、前記三相回転電機が故障していると判定する請求項１に記載の回転電機の故障検出装置。
前記故障判定部は、前記乖離量の変化速度が所定変化速度よりも高い場合に、前記三相回転電機が故障していると判定する請求項１又は２に記載の回転電機の故障検出装置。
前記三相回転電機（１３０）は、三相巻線の組（３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ：３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ）を複数備え、前記インバータに接続する前記組を切替可能であり、
前記記憶部は、前記三相回転電機の正常時において、前記電力変換時に前記エンジンの運転状態に基づいて制御される前記位相を前記組毎に記憶しており、
前記故障判定部は、前記インバータに接続されている前記組において、前記位相制御部により制御されている前記電力変換時の前記位相と、前記記憶部に記憶されている対応する前記電力変換時の前記位相との乖離量に基づいて、前記三相回転電機の故障を判定する請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機の故障検出装置。
前記三相回転電機は、前記エンジンから伝達される動力により発電を実行可能であり、
前記システムは、１つ以上の補機（８０）を備えており、
前記エンジンの運転状態は、前記補機の電気負荷を含んでいる請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転電機の故障検出装置。